Nyt Guelphin yliopiston tutkijat alkavat ymmärtää, miksi, ja osoittavat, miten alligaattorisydämet hyötyvät kovista olosuhteista munan varhaisvaiheessa.
Kyseessä on perustavanlaatuinen tutkimustulos, joka voi hyödyttää merkittävästi myös ihmisiä.
Aligaattorit, kuten monet liskot ja kilpikonnat, aloittavat elämänsä syviin pesiin haudattuina munina, joista syvimmälle haudatut saavat vähiten happea.
”Vähäinen happipitoisuus tässä varhaisessa elämänvaiheessa vaikuttaa normaaliin kasvuun ja kehitysprosesseihin, erityisesti sydämessä. Meidän kaltaisillamme istukkanisäkkäillä nämä muutokset ovat negatiivisia ja kestävät aikuisuuteen asti. Mutta alligaattoreilla näemme jotain erilaista: ne, joilla on vähiten happea pesässä, saattavat itse asiassa kukoistaa”, sanoo tutkimusta johtanut Sarah Alderman, U of G:n integraatiobiologian laitoksen apulaisprofessori.
Alligaattorit, jotka kehittyvät alhaisissa happiolosuhteissa – eli hypoksiassa – nousevat pesästä sydämet isompina ja vahvempina kuin niiden sisarukset, jotka pääsivät enemmän ilmaan alkioina. Niiden sydämet toimivat myös paremmin rasituksen aikana, mikä saattaa auttaa niitä pidättämään hengitystään pidempään tai kestämään takaa-ajon.
Alderman ja hänen yhteistyökumppaninsa halusivat ymmärtää, mitkä muutokset synnyttävät nämä vahvemmat ja tehokkaammat sydämet. Niinpä he ryhtyivät selvittämään, mitkä proteiinierot leimaavat alligaattorisydämen hypoksisessa tilassa.
Louisianassa sijaitsevan Rockefellerin villieläinturvakeskuksen työryhmä haki alligaattorin munat turvakodin kosteikoilta ja lähetti ne kollegoilleen Pohjois-Teksasin yliopistoon. Siellä osaa munista pidettiin hautomoissa, joissa oli hypoksia, kun taas loput kasvatettiin hautomoissa, joissa oli normaali happipitoisuus.
U of G:n tiimi sai näytteitä alligaattorisydämistä, ja Kanadan luonnontieteiden ja tekniikan tutkimusneuvoston (NSERC) rahoituksella se analysoi näiden sydänten sisällä olevia proteiineja käyttäen menetelmää, jota kutsutaan nimellä ”shotgun proteomics”.”
He löysivät merkkejä siitä, että munan vähäinen happipitoisuus aiheutti muutoksen tiettyjen keskeisten molekyylien runsaudessa, joita sydän käyttää sydämen proteiinien valmistamiseen, näiden proteiinien integroimiseen soluihinsa ja vaurioituneiden proteiinien nopeaan poistamiseen ja kierrättämiseen.
”Pohjimmiltaan nämä alligaattorit kiihdyttivät koneistoa, jota ne tarvitsivat näihin prosesseihin”, Alderman sanoi.
Suurin osa muutoksista, joita he havaitsivat alkioiden sydämissä, näkyi vielä kaksi vuotta myöhemmin nuorten alligaattoreiden sydämissä, joita myös kasvatettiin hypoksiassa.
Ainakin Alderman havaitsi, että hypoksisissa sydämissä oli enemmän proteiineja, jotka osallistuvat energiantuotantoon tarvittavien lipidien eli rasvojen hajottamiseen.
”Sydämet ovat tehokkaimmillaan, kun ne polttavat rasvoja energiaksi”, Alderman sanoi ja huomautti, että urheilijoiden sydämet ovat erityisen hyviä tässä. ”Mutta ihmisillä, kun sydän etenee sydämen vajaatoimintaan, se siirtyy polttamaan sokereita.”
Se, että hypoksiassa kasvatettujen alkioiden alligaattorisydämet kehittävät lisääntynyttä kykyä käyttää lipidejä energianlähteenä myöhempään elämään, saattaa olla avainasemassa siinä, miksi hypoksia ei ole niille haitallista, kuten samanlainen tila olisi ollut kehittyvälle ihmissydämelle.
Vaikka teksasilaisryhmä pystyi tutkimaan alligaattoreita vain siihen asti, kunnes ne olivat kaksivuotiaita – ”sen jälkeen alligaattoreiden pitäminen laboratoriossa muuttuu hieman vaaralliseksi”, Alderman totesi – kaikki merkit viittaavat siihen, että nämä muutokset sydämen proteiinien ilmentymisessä ovat pysyviä.
Prof. Todd Gillis, professori integraatiobiologian laitokselta, sanoo, että tämä tutkimus osoittaa, kuinka tärkeitä ympäristöolosuhteet alkionkehityksen aikana ovat aikuisen ihmisen myöhemmälle terveydelle.
”On selvää, että stressitekijöillä, joita esiintyy tässä varhaisessa vaiheessa, on pitkäaikaisia seurauksia, koska, kuten näemme tässä, se muuttaa eläimen biologiaa”, hän sanoi.
Gillis, joka on U of G:n sydän- ja verisuonitutkimusten keskuksen perustajajäsen, sanoo, että seuraavaksi on selvitettävä, mikä laukaisee nämä tärkeät muutokset proteiinien ilmentymisessä. Jos se pystytään tunnistamaan, se avaa mahdollisuuden soveltaa havaintoja ihmisiin, joilla on heikentynyt sydän, Gillis sanoi.
”Jos löydettäisiin keino käynnistää nämä reitit ja ylläpitää niitä, se voisi olla keino parantaa sydämen toimintaa ja pitää sydän terveenä.”
Tutkimusryhmä sai hiljattain rahoitusta Yhdysvaltain kansalliselta tiedesäätiöltä tämän työn jatkamiseen. Alderman odottaa innolla tutkimuksen seuraavaa vaihetta ja toteaa, että alligaattoreita on kiehtovaa tutkia.
”Alligaattorit ovat kulkeneet tällä planeetalla paljon kauemmin kuin ihmiset, eivätkä ne ole juurikaan muuttuneet tuona aikana – joten mitä ikinä niiden sydämet tekevätkin, ne tekevät sen todella hyvin.”